ШЛИФОВАНИЕ
Шлифование- это процесс резанияматериалов с помощъю абразивного материала,
режущими элементами которого являютсяабразивные зерна. Шлифование применяется как для черновой так и для чистовой иотделочной обработки.
При шлифовании главным движениемявляется вращение режущего инструмента с очень большой скоростью. Чаще всего в качестве шлифовального инструмента пользуются шлифовальные круги.Абразивные зерна расположены в круге беспорядочно иудерживаются связующим материалом. Каждое абразивное зерно работает как зубфрезы, снимая стружку.
Процесс резания при шлифовании имеетзначительное отличие по сравнению с работай лезвийногоинструмента. Привращательном движении круга, в зоне его контакта с заготовкой часть зерен срезаетматериал в виде очень большого числа тонких стружек (до 100 000 000 в минуту).Шлифовальные круги срезают стружки на очень больших скоростях- от 30 м/c и выше(порядка 125 м/c). Процесс резания каждым зерном осуществляется почтимгновенно. Обработанная поверхность предстовляет собой совокупность микроследовабразивных зерен и имеет малую шероховатость. Часть зерен ориентирована так,что не может резать обрабатываемую поверхность. Такие зерна производят работутрения по поверхности резания. Абразивные зерна могут также оказывать назаготовку существенное силовое воздействие. Происходит поверхностноепластическое деформирование материала, искажение его кристалической решетки.Деформирующая сила вызывает сдвиг одного слоя атомов относительно другого. Вследствииупругопластического деформирования матриала обработаная поверхностьупрочняется. Но этот эффект оказывается менее ощутимым, чем при обработкеметаллическим инструментом.
Шлифование применяют в основном длязаготовок из заколенных сталей. Сразвитием малоотходных технологий доля обработки металлическим инструментомбудет уменьшаться, а абразивным увеличиваться.
ИНСТРУМЕНТ
В промышленности находят применениекак естественные, так и искуственные абразивные материалы.
К естественным абразивным материаламотносятся алмаз, корунд, наждак и некоторые другие. Однако ввиду того, чтосвойства этих материалов нестабильны, а запасы их ограничины, основноеприменение в промышленности получили искуственные материалы. К искуственным абразивнымматериалам относятся электрокорунд, корборунд, карбид бора, синтетическиеалмазы и сверхтвердые материалы, полученые на основе кубического нитрида бора.
Электрокорунд представляет собой кристалический оксид флюминия Al2O3. D зависимости от содержания оксидаалюминия различают три типа электрокорунда: нормальный электрокорунд (Э),содержащий до 95% Al2O3, электрокорундбелый (ЭБ), содержащий 95-98% Al2O3, режущая способность которого значительно выше (на 30-40%), имонокорунд, содержащий 98-99% Al2O3. Чем выше содержание кристалического оксида алюминия вэлектрокорунде, тем выше его режущие свойства. Электрокорунд применяется дляшлифования сталей, чугунов и цветных металлов. Абразивные материалы измонокорунда предназначены для получитового и чистового шлифования деталей изцементированых, закаленных и высоколегированых сталей. Карбтд кремния(карборунд SiC) по сравнению с электрокорундом обладает большей твердостью, нои хрупкостью. При дроблении его зерна имеют более острые кромки, что обеспечиватповышеную производительность обработки. Карбид кремния выпускают двух марок.Карбид кремния черный (КЧ) содержит 95-97% SiC и применяется для обработкихрупких металлических материалов, цветных металлов и неметаллов. Карбидкремния, содержащий не менее 97% SiC, имеет зеленый цвет (КЗ) и обладает болеевысокими свойствами. Он премущественно используется для заточки твердосплавногорежущего инструмента.
Карбид бора (B4C) отличается черезвычайно высокой прочностью, но оченьхрупок и дорог. Используется в основном в виде несвязанных образивных зерен длядоводки твердосплавного режущего инструмента, притирки, резки драгоценныхкамней и т.д..
Синтетические алмазы (СА) получают из графита (99,7%С и 0,3%примеси) вспециальных камерахпри давлениии около 1,3 ГПа в присутствии катализатора итемпературах 1200-2400 С. В зависимости от температуры получается различнаяформа кристаллов и окраска от чер ного цвета при низких температурах досветлого при высоких.
Синтетические алмазы имеют брльшую остратут режущих кромок по сравнениюс естественными и потому более производительны в качестве образивногоинструмента. Алмаз имеет черезвычайно высокие режущие свойства, так как онявляется самым твердым веществом, обладает очень высокой теплопроводностью иизносостойкостью, имеет малый коэффициент трения по металлу. Однако оннедостаточно теплостоек (до 800С), что позволяет его использовать в соновномдля обработки хрупких материалов, цветных металлов и неметаллов.
Кубический нитрид бора (КНБ)-эльбор, боразон и другие- синтетический сверхтвердый материал близок потвердости к алмазам, но имеет теплостойкость почти вдвое более высокую (до1500С). Высокая теплостойкостьи малое химическое сродство с железом позволяетуспешно использовать его дляобработкивысокопрочных и закаленных сталей и сплавов на основе железа.
Зерна абразивных материалов являются режущими элементами абразивныхинструментов.Основным видом абразиных инструментов являются шлифовальные круги,форма и размер которых определяет ГОСТ 2424-60, который предусматривает 22 пофиля с диаметрами от 3 до 1100 мм.Среди них наиболее часто применяются следующие формы: плоские прямые (ПП),плоские с выточкой (ПВ), чашечные цилиндрические (ЧЦ) и конические (ЧК), кольца(1К), тарельчатые (2Т) и т.д..
Все большее применение находит обработка с применением образивной ленты.Этот метод применяется для черновой, читовой и отделочной обработки и во многихслучаях обеспечивает значительное повышение производительности труда.
Свойстваабразивных инструментови их работоспособность будут определяться маркой абразивного материала, а такжехарактеристиками инструмента: зернистостью абразива, видом связки, твердостью иструктурой. По размеру абразивные зерна подразделяются на 26 номеровзернистости и делятся на шлифзерна(номера зернистости 200-16), шлифпорошки(номера 12-3) и микропорошки (номера М40-М5). Номер шлифзерна и шлифпорошкасоответствуют размеру зерен в сотых долях миллиметра, а номер микропорошковпоказывает размер зерна в микрометрах.
Выбор зернистости абразивногоинструмента определяется величиной припуска на обработку, чистотой обработаннойповерхности и точностью обработки. Для грубой предварительной обработки и обработки вязких материалов рекомендуется крупнозернистыеинструменты, обеспечивающие высокую производительность, но низкое качество.Отделочные работы производятся мелкозернистыми кругами.
Для соединения абразивных зерен вабразивный инстрмент служит связка. Связки подразделяют на органические инеорганически. Из неорганических связок наиболее часто применяются керамические(К) и силикатные (С).
Керамическая связка состоит изогнеупорной глины, полевого шпата, талька и жидкого стекла. Благодоря высокойпрочности, водостойкости и жаропрочности она является самой распрастраненной.Недостатком керамической связки является значительная хрупкость.
Силикатная связка представляет собойжидкое стекло и имеет небольшую прочность. Круги на силикатной связкепредназначены для обработки деталей в тех случаях, когда не допускаетсяповышение температуры и нельзя применять смазочно-охлаждающие жидкости.
К органичиским связкам относятсявулканитовая (В) и бакелитовая (Б). Вулканитовая связка состоит из 70% каучука и 30% серы. Абразивныеинструменты на такой связке обладают большой прочностью, но имеют малуютеплостойкость. Связка применяется для узких фасонных кругов. Бакелитоваясвязка представляет собой синтетическую смолу. Круги, изготовленные на этойсвязке, прочны, эластичны, допускают большие окружные скорости, но могутприменяться при температуре не выше 180С.
Алмазные круги состоят из стального, алюминиевого или пластмассовогокольца (основания) и закрепленного на нем алмазного слоя толщиной 1,5-5,0 мм.
Абразивные инструментдолжен обладать определенной твердостью. Под твердостью понимается способностьсвязки удерживать абразивные зерна. В соответствии с этим разработана шкалатвердости, согласно которой все аразивные делятся на 16 степеней твердости. Длякаждого конкретного случая обработки необходимо подбирать инструментопределенной твердости. В круге повышенной твердости при работе продолжаютудерживаться притупившиеся зерна, что приводит к повышению температуры в зонерезания и прижогу обрабатываемой поверхности. Такой круг требует частичнойправки для восстановления режущей способности. Слишком мягкий круг будет сильноизнашиваться, при этом будут выкрашиваться зерна, не потерявшие еще своейостраты.
При подборе круга для данных условийобработки стремятся добиться «самозатачива-
ния". В этом случае своевременнобудут выкрашиваться затупившиеся зерна и открываться новые, острые.
В любом абразивном инструментенаряду с абразивными зернами и связкой имеются поры(пустоты), способствующиеего охлаждению в процессе работы. Структура абразивного инструментаопределяется количественным соотношением в нем зерен, связки и пор. Имеется 13номеров структур. Чем больше номерструктуры, тем меньше в единице объема зерен и больше пор.
Характеристики образивных круговмаркируются на нерабочей поверхности круга, где приводятся их условныеобозначения: вид образивного материала, зернистость, форма, размер и допустимаямаксимальная скорость вращения.
В процессе работы щлифовальногокруга абразивные зерна изнашиваются и теряют режущую способность, а кругзасаливается продуктами обработки. Для восстановления режущих свойств игеометрической формы производится переодическая првка круга. Наиболеекачественная правка производиться алмазными инструментами.
Более грубая правка осуществляетсяшарошками, оснащенными монолитными твердосплавными дисками, металлическимидисками и звездочками из износосойких сталей или правочными кругами из карбидакремния, термокорунда т.д..